来自耗散暗物质的超大质量黑洞种子

在高红移($z\gtrsim 7$)处存在质量大于$\sim 10^{9}M_{\odot}$的超大质量黑洞(SMBHs)难以在标准天体物理情景中容纳。我们研究了一种可能性：在早期宇宙中罕见的高密度暗物质涨落里，(近乎)完全耗散的自相互作用暗物质(tdSIDM)通过灾难性坍缩产生SMBH种子。我们使用一个半解析模型，该模型经一系列孤立暗物质晕的N体模拟检验和标定，以计算tdSIDM晕的坍缩判据和时间尺度，其中暗物质在质心系中单次碰撞几乎损失其全部动能。将此模型应用于晕并合树，我们经验性地将SMBH种子分配给晕，并追踪SMBHs的形成与演化历史。我们对类星体光度函数、高红移处的$M_{\rm BH}$-$\sigma_{\rm v}^{\ast}$关系以及宇宙SMBH质量密度做出预言，并与观测比较。我们发现耗散暗物质相互作用截面$\sigma/m \sim 0.05~\rm cm^2/g$足以产生早期宇宙中观测到的SMBHs，同时与晚期宇宙中的普通SMBHs一致。